Детство и школьные годы Уолда прошли в Бруклине. Он был среди первых выпускников знаменитой школы Бруклин-Тек в 1922 г. Окончил Нью-Йоркский университет в 1927 г., получив степень бакалавра, затем  в Колумбийском университете получил степень доктора зоологии (1932).

В 1932-33 гг., используя грант Национального совета по исследованиям, Уолд специализировался в области биохимии зрения в лаборатории Института биологии им. Кайзера Вильгельма в Берлине под руководством Отто Варбурга, затем работал в Цюрихе и Гейдельберге. Покинул Европу после прихода к власти нацистов в Германии. С 1934 г. Уолд работал в Гарвардском университете, с 1944 г. - в должности профессора. Избран в Национальную академию наук США в 1950 г.

Основная область исследований Уолда - молекулярные основы зрительного восприятия. Его главное достижение - открытие в рецепторах сетчатки глаза, палочках и колбочках, витаминов А1 (ретинола) и А2 (дегидроретинола) и их роли в образовании светочувствительных зрительных пигментов. Уолд впервые доказал, что реакция, являющаяся первичным фотохимическим звеном в механизме зрения, осуществляется благодаря присутствию в фоторецепторах альдегида витамина А1 (ретиналя) или А2 (3-дегидроретиналя), которые образуются в результате воздействия квантов света на сетчатку.

Экспериментально обнаружив затем, что такой же биохимический процесс лежит в основе феномена зрения у всех организмов, обладающих высокоструктурированным глазом, Уолд внес крупный вклад в теорию эволюции зрения, а также существенно углубил понимание механизма цветного зрения у человека. За эти работы он был в 1967 г. удостоен Нобелевской премии в области физиологии и медицины (вместе с Р. Гранитом и Х. Хартлайном).

Джордж Уолд известен также своими работами по проблемам возникновения жизни и биологической эволюции. Он один из авторов привлекшей внимание западной общественности книги "Общее образование в свободном обществе" (1945). В конце 1960-х годов Уолд стал одним из лидеров движения протеста против войны во Вьетнаме, ядерного оружия и гонки вооружений.

В 1986 г. Уолд, в составе небольшой группы учёных, был приглашён в Москву для консультаций по вопросам окружающей среды. На встрече с Михаилом Горбачёвым Уолд задал ему вопрос о ссылке выдающегося советского учёного и правозащитника академика Сахарова и его жены Елены Боннэр. Горбачёв ответил, что ему об этом ничего не известно, но вскоре Боннэр и Сахаров были возвращены из ссылки.
   

Имя Джордж - английская форма греческого имени Georgios, происходящего от georgos - "крестьянин". Фамилия Вальд образована от немецкого слова Wald, которое означает "лес".